스마트 전동 액추에이터로 AGV(무인운반차) 생산성·공간효율성 향상

AGV(Automated Guided Vehicles, 무인운반차)는 산업의 생산성을 50~70% 향상시켜 주는 무인운반차로서 각광을 받 고 있다. 하지만 AGV를 공장 바닥에서 이동하기 위해서는 적 당한 공간이 필요하다. AGV 설계자가 작은 공간에 보다 많은 기능을 갖출 수 있도록 설계하면, 최종 사용자에게 더 많은 가 치를 제공하게 된다. 이런 맥락에서 AGV 설계자는 작은 설치 공간에서 고성능 모션을 제어할 수 있도록 설계하는데 중점 을 두며, 이를 위해 스마트 전동 액추에이터를 점점 더 많이 선택하고 있다.

공장 현장의 AGV

제조 응용 분야에서 AGV(그림1 참조)는 블랭크를 생산 라인 으로 전달하고 작업장, 창고 및 조립 라인을 통해 상품을 이동 하는 등 사람의 리프팅 및 운반 작업을 대체한다. 오늘날 대부 분의 AGV는 레이저 또는 마그네틱 스트립으로 안내되며, 일 부는 케이블과 고정 트랙을 사용하고 점점 더 무선으로 통신하고 있다. 일반적인 제조 애플리케이션에서 기계 운영자는 워크스테 이션의 호출 터미널을 통해 물류 관리 컴퓨터 시스템에 부품 이 필요하다는 신호를 보낸다. 요청을 받으면 관리 시스템은 요청을 AGV 관리 소프트웨어로 전달한다. AGV 관리 소프트 웨어는 우선 순위와 최적의 픽업 및 배송 동작을 기반으로 작 업에 가장 가까운 차량을 파견한다. 작업자가 작업을 완료한 후 프로세스의 다음 단계로 진행하도록 제어 시스템에 신호 를 보낸다. 호스트 컴퓨터는 항상 AGV의 상태, 위치, 속도, 방향, 장애 및 전력을 알고 있으며 이를 앞뒤 좌우로 움직인다. 장애물을 만나면 AGV는 충돌을 피하기 위해 자동으로 감속하고 정지 한다. 장애물이 제거되면 AGV 작동이 자동 재개된다.

지능의 필요성

AGV 사용이 증가함에 따라 전사적 자원 관리 시스템, 자동 보관 시스템, 모듈식 컨베이어 시스템 및 자산 관리 소프트웨어 를 포함한 고급 소프트웨어 애플리케이션과 이동을 통합하는 것에 대한 관심도 높아지고 있다. 이러한 소프트웨어는 사람 의 개입과 노력을 최소화하면서 시설의 한 부분에서 다른 부 분으로 자재 또는 기능을 이동하기 위한 최적의 워크플로 생성을 안내한다.  연결성은 최신 AGV의 온보드 마이크로프로세서 및 소프 트웨어로 관리되며 디지털 통신의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 설계자는 지능이 내장된 스마트 액추에이터도 배치하고 있다. 이를 통해 AGV 자동화 체계와의 통합 및 액추에이터 자 체 간의 통신이 가능하다. 예를 들어 액추에이터를 서로 동기 화하는 기능을 통해 AGV 리프트 테이블을 만들 수 있다. (그림2 참조)

디지털 기능 및 비용에 따른 액추에이터 비교
 

전동 액추에이터는 공장 현장용 AGV와의 지능형 통합에 가 장 적합하다. <그림3>에서 볼 수 있듯이 저가의 벨트 구동 가 위형 캠 기어와 유압 시스템은 디지털 통합 기능이 거의 또는 전혀 없다. 
기어 나사는 더 많은 디지털 통합 기능을 가지고 있지만 추 가 모터와 컨트롤러도 필요하기 때문에 스마트 전동 액추에 이터보다 비용이 더 많이 들 수 있다. 중공 나사 액추에이터는 비슷한 디지털 통합 기능과 기술을 가지고 있지만, 전자상거 래 포장 및 배송과 같은 고속, 대용량 창고 및 유통 응용 프로 그램을 제외하고는 높은 비용을 정당화하기 어렵다.

소형화의 이점

바닥 공간을 최적화하면 건물 추가 비용을 비교하든 기존 바 닥 공간에서 최대 수익을 얻든 관계없이 모든 공장에 실질적 인 이점이 있다. AGV는 빠르고 쉽게 구성할 수 있기 때문에 일반적으로 움직이지 않는 컨베이어 벨트보다 공간 효율적이 다. 그러나 AGV 자체는 공장 바닥을 돌아다니는 데 필요한 공 간과 더 좁은 공간에 들어갈 수 있는 능력이 필요하다. 더 작은 액추에이터를 사용하는 것은 작업 공간을 보다 효 율적으로 만드는 한 가지 방법이지만 이를 장착하는 데 필요 한 공간은 여전히 문제다. 일반적인 전동 액추에이터에는 전 면과 후면 모두에 로드 어댑터가 있다. 기존 후면 어댑터를 마 운팅 플랜지로 교체하면 전체 길이와 스트로크 길이 비율이 줄어들어 시스템 설계자에게 공간이 돌아간다. 컴팩트한 디자인으로 AGV를 작은 공간에 더 쉽게 배치할 수 있으며 에너지 소비도 줄인다. 후자는 AGV 설계에 리튬 이 온 배터리가 필요한 경우 특히 중요하다. 낮은 에너지 소비는 또한 더 긴 작업 시간과 더 낮은 충전 빈도를 의미하며, 이는 전체 생산성에도 기여한다.
일반적인 액추에이터 옵션 중에서 전동 액추에이터는 벨 트, 유압 또는 기어 구동 옵션에 비해 주어진 부하를 처리하기 위해 최소한의 작동 공간이 필요하다. 그리고 전기 옵션 중에서 단일 플랜지 장착을 사용하는 옵션은 최소한의 작동 공간 을 필요로 한다. (그림4 참조) 예를 들어, Thomson Industries는 Electrak HD 액추에이 터의 전체 길이 대 스트로크 길이 비율을 줄이는 후면 장착 플 랜지 옵션을 제공한다.(그림5 참조) 보다 콤팩트한 설계로 좁 은 공간에 쉽게 들어갈 수 있으며 앞에서 언급한 디지털 기능 을 유지하면서 다양한 유형의 자동화 장비, AGV 및 리프팅 장치를 설계할 때 이상적이다.

애플리케이션

상품과 부품을 평평한 표면을 가로질러 이동해야 하는 모든 곳에서 스마트하고 컴팩트한 AGV의 잠재적인 역할이 있다. 다음은 AGV가 일반적으로 사용되고 있는 산업의 예다.

소비재: AGV는 전자, 의약, 화학, 담배, 섬유 및 가전제품을 포 함한 수많은 소비재 산업에서 볼 수 있다. 정밀 작업 및 포장 용 부품부터 무거운 팔레트에 적재된 물체에 이르기까지 모 든 것을 운반한다. 예를 들어 에어컨 제조에서는 마운팅 플레 이트, 리어 네트, 커버, 패널, 모터, 공기 배출구, 페이스 프레 임, 커버 및 커패시터를 적절한 워크스테이션 간에 운반하는 작업이 포함될 수 있다. 전동 액추에이터가 냉장고와 같은 크 고 무거운 품목을 위해 이러한 응용 분야에 제공하는 공간 효 율성 외에도 온보드 인텔리전스는 부하 전체에서 움직임을 동기화하는 기능을 제공한다.

유리 섬유 생산: 실리카가 함께 결합된 얇은 필라멘트로 추출 되는 유리 섬유 생산에서 AGV는 CNC 공작 기계, 지능형 산 업용 로봇 및 생산 라인과 통합될 수 있다. 그들은 원시 실리 카 케이크를 드로잉에서 건조, 절단, 포장, 적재 및 보관으로 자동으로 옮길 것이다. 워크플로는 종단 간 긴밀하게 조정되 며 전기 액추에이터의 프로그래밍 기능을 통해 유리 섬유 생 산업체는 효율성을 최적화할 수 있다.

자동차 제조: 자동차 제조에서 AGV는 도어, 후드, 경첩, 볼트 및 기타 구성 요소를 적절한 위치에 전달하는 데 전통적으로 사용되는 수작업, 지게차 및 기타 방법을 대체한다. 전동 액추 에이터의 높은 하중 처리 능력은 자동차 제조에서 특히 중요하다.

전자 제품 제조: 웨이퍼, 고정 장치 또는 기타 구성 요소의 즉 각적인 가용성 부족은 전자 제품 생산 라인 일정을 방해하는 가장 빈번한 원인 중 하나이며 약간의 지연에도 비용이 많이 들 수 있다. 프로그래밍 가능한 액추에이터의 지원을 받는 스 마트하고 컴팩트한 AGV는 올바른 구성 요소가 올바른 위치 에 적시에 배치되도록 지원함으로써 전자 제품 생산을 위한 높은 프로세스 효율성을 가능하게 한다.

전자 시스템 테스트: 제어 패널과 같은 전자 시스템의 전자기 는 전기 방전을 추가하지 않는 환경에서 테스트해야 한다. 액추에이터가 장착된 AGV는 일련의 버튼을 일정한 속도로 누 르고 간섭 없이 테스트를 수행하기 위해 테스트 베이에서 이 동하도록 프로그래밍할 수 있다. 이를 위해서는 유도성 부하 전환, 포지티브 인덕턴스 과도 현상, 포지티브 및 네거티브 커 플링, 크랭킹, 로드 덤핑, 전자기 내성, 전도 방출 및 복사 방출 과 같은 전자 동작 중에 낮은 전자기 방사에 대해 철저히 테스 트된 액추에이터가 필요하다.

대부분의 분석가들은 글로벌 경쟁력이 계속해서 높아짐에 따 라 AGV 사용이 지속적으로 증가할 것으로 예측하고 있다. 상승하는 인건비는 AGV 사용자 증가의 핵심 동인이지만 모든 자산에 대한 수익을 극대화해야 할 필요성 또한 가장 중요하 다. 이러한 자산에는 AGV 자체와 AGV가 이동하는 공간이 포함된다.  최소한의 공간을 요구하는 스마트하고 안전한 전동 액추에 이터를 지정하는 것은 설계자가 미래의 애플리케이션을 위해 오늘날의 AGV를 최적화하기 위해 취할 수 있는 중요한 단계 중 하나다.

자료제공: Thomson(www. thomsonlinear.com)